DE102016222227A1 - SYSTEM AND METHOD FOR EMBEDDING OBJECTS INTO A STRUCTURE USING STEREOLITHOGRAPHY - Google Patents

SYSTEM AND METHOD FOR EMBEDDING OBJECTS INTO A STRUCTURE USING STEREOLITHOGRAPHY Download PDF

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Abstract

Ein 3D-Objektdrucker verwendet die Stereolithographie, um eine Struktur zu bilden und um dann ein oder mehrere Objekte in die Struktur einzubetten. Der Drucker enthält eine Steuervorrichtung, die eine Quelle ultravioletter (UV-)Strahlung betätigt, um einen Abschnitt eines flüssigen Photopolymers an einer Grenzfläche zwischen dem flüssigen Photopolymer und der externen Oberfläche eines eingebetteten Objekts in Bezug auf einen Meniskus zu härten, der zwischen dem flüssigen Photopolymer und der externen Oberfläche eines eingebetteten Objekts gebildet wird. Die Einbeziehung des eingebetteten Objekts beschleunigt die Bildung des endgültigen Objektes und erhöht die Haltbarkeit des endgültigen Objekts.A 3D object printer uses stereolithography to form a structure and then embed one or more objects in the structure. The printer includes a controller that actuates a source of ultraviolet (UV) radiation to cure a portion of a liquid photopolymer at an interface between the liquid photopolymer and the external surface of an embedded object with respect to a meniscus sandwiched between the liquid photopolymer and the external surface of an embedded object. The inclusion of the embedded object accelerates the formation of the final object and increases the durability of the final object.

Description

Die digitale dreidimensionale Fertigung, auch als digitale additive Fertigung bekannt, ist ein Prozess zur Herstellung eines dreidimensionalen festen Objekts mit nahezu jeder Form aus einem digitalen Modell. Bei einigen additiven Fertigungssystem werden Ausstoßvorrichtungen verwendet, die Tropfen von flüssigem Photopolymermaterial in Schichten ausstoßen, um dreidimensionale Objekte zu bilden, welche von Zeit zu Zeit mit einem ultravioletten Licht gehärtet werden. Andere Systeme verwenden die Stereolithographie, bei der es sich um eine additive Fertigungstechnik handelt, bei der ein ultravioletter Laser in einen Behälter mit flüssigem Photopolymer gerichtet wird, um Schichten eines flüssigen Photopolymers zu härten und ein dreidimensionales festes Objekt zu produzieren. Der Stereolithographieprozess schließt das Erzeugen von digitalen Bilddaten des zu fertigenden Objekts mit einem Programm zur dreidimensionalen mathematischen Simulation bzw. zum rechnergestützten Entwerfen (Computer-Aided Drafting, CAD) ein. Das digitale Bilddatenmodell wird dann in extrem dünne Schichten aufgeteilt, deren Dicke für gewöhnlich in der Größenordnung von 0,1 Millimeter liegt. Die Daten für jedes Bild werden verwendet, um den Behälter mit flüssigem Photopolymer zu positionieren, den Laser zu fokussieren und den Laserstrahl aus dem Laser durch den Behälter hindurch zu richten, um das Objekt schichtweise aufzubauen. Ein Bestandteil der Behälterpositionierung ist die Absenkung der Plattform, auf der sich ein Tank des flüssigen Photopolymers befindet, um jede gebildete Schicht unter eine dünne Lage des flüssigen Polymers abzutauchen, die dann dem ultravioletten Laser ausgesetzt wird, um eine weitere Schicht des Objekts zu härten. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis alle Schichten des Objekts gehärtet sind und der Stapel der gehärteten Schichten das dreidimensionale Objekt definiert. Digital three-dimensional fabrication, also known as digital additive manufacturing, is a process for making a three-dimensional solid object of almost any shape from a digital model. In some additive manufacturing systems, ejectors are used which eject drops of liquid photopolymer material in layers to form three-dimensional objects which are cured from time to time with ultraviolet light. Other systems use stereolithography, which is an additive manufacturing technique in which an ultraviolet laser is directed into a container of liquid photopolymer to cure layers of a liquid photopolymer and produce a three-dimensional solid object. The stereolithography process involves generating digital image data of the object to be manufactured with a computer-aided drafting (CAD) program. The digital image data model is then split into extremely thin layers, the thickness of which is usually on the order of 0.1 millimeter. The data for each image is used to position the container with liquid photopolymer, focus the laser and direct the laser beam out of the laser through the container to build the object in layers. A component of the container positioning is the lowering of the platform on which a tank of the liquid photopolymer is located to submerge each layer formed under a thin layer of the liquid polymer, which is then exposed to the ultraviolet laser to cure another layer of the object. This process continues until all layers of the object have hardened and the stack of cured layers defines the three-dimensional object.

Aktuelle dreidimensionale bzw. 3D-Drucker, welche die Stereolithographie verwenden, weisen signifikante Einschränkungen sowohl in Bezug auf die verwendeten Photopolymermaterialien als auch auf die Geschwindigkeit und Präzision auf, mit der das Teil gefertigt werden kann. Die begrenzte Auswahl an Materialien und die begrenzte Präzision können dazu führen, dass die gefertigten Objekte eine geringe Festigkeit und Haltbarkeit haben. Demzufolge können einige Teile nicht mit Stereolithographietechniken hergestellt werden, sodass die Teile unter Verwendung von traditionellen Verfahren produziert werden. Deshalb wäre ein Stereolithographiesystem voreilhaft, das in der Lage ist, haltbare Objekte schnell zu produzieren. Current three-dimensional or 3D printers using stereolithography have significant limitations both in terms of the photopolymer materials used and in the speed and precision with which the part can be made. The limited choice of materials and the limited precision can result in the finished objects having low strength and durability. As a result, some parts can not be fabricated using stereolithography techniques, so the parts are produced using traditional techniques. Therefore, a stereolithography system that is capable of producing durable objects quickly would be premature.

Ein verbessertes Verfahren bildet ein dreidimensionales Objekt aus einem flüssigen Photopolymer mithilfe der Stereolithographie und erhöht die Festigkeit und Haltbarkeit des gefertigten Objekts, während auch die Geschwindigkeit des Stereolithographieprozesses erhöht wird. Das Verfahren umfasst das Betätigen von mindestens einem Stellglied mit einer Steuervorrichtung, um eine Plattform im Inneren eines Tanks zu bewegen, der flüssiges Photopolymer enthält, das Betätigen des mindestens einen Stellglieds, das operativ mit einer Quelle ultravioletter (UV-)Strahlung verbunden ist, mit der Steuervorrichtung, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um UV-Strahlung zu emittieren und einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten, um eine Schicht der dreidimensionalen Struktur zu bilden, wobei die Steuervorrichtung das mindestens eine Stellglied in Bezug auf Bilddaten der Schicht betätigt, das Betätigen des mindestens einen Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um die Plattform in den Tank abzusenken, um die gebildete Schicht innerhalb des flüssigen Photopolymers um eine vorgegebene Tiefe abzutauchen, das Betätigen des mindestens einen Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um UV-Strahlung zu emittieren und einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten, um eine nächste Schicht des dreidimensionalen Objekts zu bilden und einen ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht zu belassen, der einem Abschnitt eines Querschnitts eines Objekts entspricht, wobei die Steuervorrichtung das mindestens eine Stellglied in Bezug auf Bilddaten der nächsten Schicht betätigt, das Betätigen des mindestens einen Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um das Objekt in dem ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht zu platzieren, wobei das Objekt einen exponierten Bereich aufweist, der aus dem flüssigen Photopolymer herausragt, das Betätigen des ersten Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um die Plattform weiter in den Tank des flüssigen Photopolymers abzusenken, um zu ermöglichen, dass das flüssige Photopolymer das Objekt an einer äußeren Oberfläche des Objekts umgibt, das Identifizieren eines Meniskus, der sich an einer Grenzfläche zwischen dem flüssigen Photopolymer, welches die äußere Oberfläche des Objekts umgibt, und der äußeren Oberfläche des Objekts bildet, mit der Steuervorrichtung, und das Betätigen des mindestens einen Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung in Bezug auf den identifizierten Meniskus betätigt, um einen Abschnitt des umgebenden flüssigen Photopolymers zu härten und den gehärteten Abschnitt des umgebenden flüssigen Photopolymers an die äußere Oberfläche des Objekts und der dreidimensionalen Struktur anzubinden. An improved process forms a three-dimensional liquid photopolymer object using stereolithography and increases the strength and durability of the fabricated object while also increasing the speed of the stereolithography process. The method includes operating at least one actuator with a controller to move a platform inside a tank containing liquid photopolymer, actuating the at least one actuator operatively connected to a source of ultraviolet (UV) radiation the controller to move the source of UV radiation while the controller actuates the source of UV radiation to emit UV radiation and to cure a portion of the liquid photopolymer to form a layer of the three-dimensional structure; A controller actuating the at least one actuator with respect to image data of the layer, operating the at least one actuator with the controller to lower the platform into the tank to submerge the formed layer within the liquid photopolymer by a predetermined depth, actuating the at least one Actuator with the control device, to move the source of UV radiation while the control device actuates the source of UV radiation to emit UV radiation and cure a portion of the liquid photopolymer to form a next layer of the three-dimensional object and an uncured portion of the UV radiation Next layer, which corresponds to a portion of a cross section of an object, wherein the control device actuates the at least one actuator with respect to image data of the next layer, operating the at least one actuator with the control device to the object in the uncured portion of the next layer with the object having an exposed area protruding from the liquid photopolymer, actuating the first actuator with the controller to further lower the platform into the tank of liquid photopolymer to allow the liquid photopolymer to target the object an outer one Surrounding the surface of the object, identifying a meniscus, which forms at an interface between the liquid photopolymer, which surrounds the outer surface of the object, and the outer surface of the object, with the control device, and the actuation of the at least one actuator with the control device to move the source of UV radiation while the control device actuates the source of UV radiation with respect to the identified meniscus to cure a portion of the surrounding liquid photopolymer and attach the cured portion of the surrounding liquid photopolymer to the outer surface of the UV radiation Object and the three-dimensional structure.

Ein verbessertes Stereolithographiesystem bildet dreidimensionale Objekte aus flüssigem Photopolymer, die eine erhöhte Haltbarkeit aufweisen, während es auch die Geschwindigkeit des Stereolithographieprozesses erhöht. Das System enthält einen Tank, der ein Volumen von flüssigem Photopolymer enthält, eine Quelle ultravioletter (UV-)Strahlung, die konfiguriert ist, um Strahlung auszusenden, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten, welcher der UV-Strahlung ausgesetzt ist, ein Objekt, das konfiguriert ist, um in einem ungehärteten Abschnitt einer nächsten Schicht des flüssigen Photopolymers platziert zu werden, wobei das Objekt einen exponierten Bereich aufweist, der aus dem flüssigen Photopolymer herausragt, einen mechanischen Arm, mindestens ein Stellglied, das mit einer Plattform innerhalb des Tanks, welcher das flüssige Photopolymer enthält, der Quelle der UV-Strahlung und dem mechanischen Arm operativ verbunden ist, wobei das mindestens eine Stellglied konfiguriert ist, um die Plattform innerhalb des Tanks zu bewegen, welcher das flüssige Photopolymer enthält, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen und um den mechanischen Arm zu bewegen, um das Objekt in dem ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht des flüssigen Photopolymers zu platzieren, und eine Steuervorrichtung, die mit dem mindestens einen Stellglied und der Quelle der UV-Strahlung operativ verbunden ist. Die Steuervorrichtung ist konfiguriert zum: Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Plattform im Inneren des Tanks mit flüssigem Photopolymer zu bewegen, Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten und eine Schicht der dreidimensionalen Struktur zu bilden, Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Plattform in den Tank abzusenken, um die gebildete Schicht in dem flüssigen Photopolymer um eine vorgegebene Tiefe abzutauchen, Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Quelle der UV-Strahlung mit der Steuervorrichtung betätigt wird, um einen Abschnitt einer nächsten Schicht des flüssigen Photopolymers zu härten und einen ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht zu belassen, der einem Abschnitt eines Querschnitts eines Objekts entspricht, Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um den mechanischen Arm zu bewegen, um das Objekt in dem ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht zu platzieren, Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Plattform in den Tank abzusenken, um zu ermöglichen, dass das flüssige Photopolymer eine äußere Oberfläche des Objekts umgibt, Identifizieren eines Meniskus, der sich an einer Grenzfläche zwischen der äußeren Oberfläche des Objekts und dem flüssigen Photopolymer bildet, welches die äußere Oberfläche des Objekts umgibt, und Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten, der die äußere Oberfläche des Objekts umgibt, um den gehärteten Abschnitt des flüssigen Photopolymers an die äußere Oberfläche des Objekts anzubinden. An improved stereolithography system forms three-dimensional liquid photopolymer objects that have increased durability, while also increasing the speed of the stereolithography process. The system includes a tank containing a volume of liquid photopolymer, a source of ultraviolet (UV) radiation configured to emit radiation to cure a portion of the liquid photopolymer exposed to UV radiation, an object configured to be placed in an uncured portion of a next layer of the liquid photopolymer, the object having an exposed area protruding from the liquid photopolymer, a mechanical arm, at least one actuator connected to a platform within the tank comprising the liquid photopolymer, the source of UV radiation, and the mechanical arm operatively connected, wherein the at least one actuator is configured to move the platform within the tank containing the liquid photopolymer to the source of UV radiation. To move radiation and to move the mechanical arm to the object in the unheh to place the next layer of the liquid photopolymer, and a controller operatively connected to the at least one actuator and the source of UV radiation. The controller is configured to: actuate the at least one actuator to move the platform inside the tank of liquid photopolymer, operate the at least one actuator to move the source of UV radiation while the controller controls the source of UV radiation actuated to cure a portion of the liquid photopolymer and form a layer of the three-dimensional structure, actuating the at least one actuator to lower the platform into the tank to submerge the formed layer in the liquid photopolymer by a predetermined depth, actuating the at least one an actuator to move the source of UV radiation while actuating the source of UV radiation with the controller to cure a portion of a next layer of the liquid photopolymer and leave an uncured portion of the next layer which is a portion a cross section of an object ents In other words, operating the at least one actuator to move the mechanical arm to place the object in the uncured portion of the next layer, actuating the at least one actuator to lower the platform into the tank to allow the liquid photopolymer surrounding an outer surface of the object, identifying a meniscus that forms at an interface between the outer surface of the object and the liquid photopolymer surrounding the outer surface of the object, and actuating the at least one actuator about the source of UV radiation while the controller operates the source of UV radiation to cure a portion of the liquid photopolymer surrounding the outer surface of the object to bond the cured portion of the liquid photopolymer to the outer surface of the object.

Die zuvor genannten Aspekte und anderen Merkmale eines Stereolithographiesystems, das dreidimensionale Objekte bildet, indem ein vorgefertigtes Objekt im Inneren des gebildeten Objekts eingebettet wird, werden in der folgenden Beschreibung erläutert, wobei Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird. The foregoing aspects and other features of a stereolithography system that forms three-dimensional objects by embedding a prefabricated object within the formed object will be explained in the following description, reference being made to the accompanying drawings.

1A zeigt ein System, das die Stereolithographie verwendet, um eine dreidimensionale Struktur zu bilden, die eingebettete Objekte aufnehmen kann. 1A shows a system that uses stereolithography to form a three-dimensional structure that can accommodate embedded objects.

1B zeigt das System aus 1A beim Platzieren des Objekts, das in die gebildete Struktur eingebettet werden soll, und beim Anbinden des Objekts an die Struktur. 1B shows the system 1A placing the object to be embedded in the formed structure and binding the object to the structure.

2 ist eine vergrößerte Ansicht der Grenzfläche zwischen dem Objekt, das eingebettet werden soll, und der in 1 gezeigten Struktur mit Darstellung eines Meniskus in dem flüssigen Photopolymer an der Grenzfläche. 2 is an enlarged view of the interface between the object to be embedded and the in 1 shown structure with representation of a meniscus in the liquid photopolymer at the interface.

3 zeigt das System aus 1A und 1B mit zusätzlichen Komponenten zur Unterstützung der Positionierung des Objekts, das in der Struktur eingebettet werden soll. 3 shows the system 1A and 1B with additional components to support the positioning of the object to be embedded in the structure.

4 zeigt Komponenten des in 1A und 1B gezeigten Systems mit zusätzlichen Komponenten zum Bilden einer Struktur im Inneren einer Öffnung des Objekts. 4 shows components of in 1A and 1B shown system with additional components for forming a structure inside an opening of the object.

5 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Bildung einer dreidimensionalen Struktur mit einem eingebetteten Objekt unter Verwendung der Stereolithographie. 5 Fig. 10 is a flowchart of a process of forming a three-dimensional structure with an embedded object using stereolithography.

6A bis 6D zeigen die Verwendung des Systems aus 3 zum Bilden einer Struktur auf einem Objekt und zum anschließenden Neuorientieren des Objekts, bevor die Struktur um das Objekt herum fertiggestellt wird. 6A to 6D show the use of the system 3 for building a structure on an object and then reorienting the object before completing the structure around the object.

Für ein allgemeines Verständnis des Umfelds für das hier offenbarte System und Verfahren sowie der Details des Systems und des Verfahrens wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Elemente verwendet. For a general understanding of the environment for the system and method disclosed herein, as well as the details of the system and method, reference is made to the drawings. In the drawings, like reference numerals are used to designate like elements.

Ein System zur Bildung einer dreidimensionalen Struktur aus Photopolymermaterial, in die ein vorgefertigtes Objekt eingebettet wird, um die Festigkeit und Haltbarkeit zu verbessern, ist in 1A dargestellt. Das System 10 enthält mindestens ein Stellglied 34, das operativ verbunden ist mit einer Plattform 14 und einer Quelle ultravioletter (UV-)Strahlung 18, eine Steuervorrichtung 26, die operativ verbunden ist mit dem mindestens einen Stellglied 34 und der Quelle der UV-Strahlung 18, und einen Tank 38. Die Plattform 14 ist im Inneren des Tanks 38 positioniert, welcher flüssiges Photopolymer 12 enthält, und ist konfiguriert, um durch das mindestens eine Stellglied 34 im Inneren des Tanks 38 vertikal bewegt zu werden. Die Steuervorrichtung 26 erzeugt Signale, welche die Quelle der UV-Strahlung betätigen, um UV-Strahlung zu emittieren. Die Steuervorrichtung 26 erzeugt auch Signale, welche das mindestens eine Stellglied 34 betätigen, um die Plattform 14 im Inneren des Tanks 38 zu bewegen und um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers an der oder in der Nähe der Oberfläche des flüssigen Photopolymers in dem Tank zu exponieren. Flüssiges Photopolymer, das der UV-Strahlung exponiert wird, härtet und bildet ein hartes Material. Wie in 1A gezeigt, wurden Abschnitte des flüssigen Photopolymers 12 exponiert, um eine dreidimensionale Struktur 20 in dem Tank 38 zu bilden. Wenn die Steuervorrichtung 26 das mindestens eine Stellglied betätigt, um die Plattform 14 abzusenken, wird die Struktur 20, die auf der horizontalen Oberfläche 16 der Plattform 14 ruht, in das flüssige Photopolymer untergetaucht, damit eine dünne Schicht des flüssigen Photopolymers die Struktur bedecken kann. Wenn diese dünne Schicht des flüssigen Photopolymers der UV-Strahlung durch die UV-Quelle 18 exponiert wird, haftet der gehärtete Abschnitt an dem zuvor gebildeten Abschnitt der Struktur 20. Bei dem mindestens einen Stellglied 34 handelt es sich um ein oder mehrere Stellglieder, die operativ mit den Komponenten des Systems 10 verbunden sind und konfiguriert sind, um die Komponenten als Reaktion auf Signale von der Steuervorrichtung 26 zu bewegen. Die Stellglieder 34 können Schrittmotoren, motorisierte Nocken, Schneckengetriebe und dergleichen umfassen, um die gesteuerte Bewegung der Komponenten zu ermöglichen, mit denen die Stellglieder verbunden sind. A system for forming a three-dimensional structure of photopolymer material in which a prefabricated object is embedded in order to improve strength and durability is disclosed in U.S. Pat 1A shown. The system 10 contains at least one actuator 34 which is operatively linked to a platform 14 and a source of ultraviolet (UV) radiation 18 , a control device 26 which is operatively connected to the at least one actuator 34 and the source of UV radiation 18 , and a tank 38 , The platform 14 is inside the tank 38 positioned which liquid photopolymer 12 contains, and is configured to pass through the at least one actuator 34 inside the tank 38 to be moved vertically. The control device 26 generates signals that actuate the source of UV radiation to emit UV radiation. The control device 26 also generates signals representing the at least one actuator 34 press to the platform 14 inside the tank 38 to move and to move the source of UV radiation to expose a portion of the liquid photopolymer at or near the surface of the liquid photopolymer in the tank. Liquid photopolymer exposed to UV radiation cures and forms a hard material. As in 1A have been shown sections of the liquid photopolymer 12 exposed to a three-dimensional structure 20 in the tank 38 to build. When the control device 26 the at least one actuator actuates the platform 14 lower the structure becomes 20 standing on the horizontal surface 16 the platform 14 immersed in the liquid photopolymer so that a thin layer of the liquid photopolymer can cover the structure. When this thin layer of the liquid photopolymer of UV radiation through the UV source 18 is exposed, the hardened portion adheres to the previously formed portion of the structure 20 , In the at least one actuator 34 These are one or more actuators that are operational with the components of the system 10 are connected and configured to the components in response to signals from the control device 26 to move. The actuators 34 may include stepper motors, motorized cams, worm gears, and the like, to enable the controlled movement of the components to which the actuators are connected.

Wie in 1BA gezeigt, wurde die Struktur 20 mit einem U-förmigen Querschnitt gebildet. Diese Form wird durch die Steuervorrichtung 26 gebildet, welche Bilddaten der Struktur aus einer CAD/CAM-Datei oder dergleichen verwendet, um das mindestens eine Stellglied 34 zu betätigen, um die Plattform 34 zu bewegen und selektiv Abschnitte des flüssigen Photopolymers zu exponieren, um die Struktur 20 zu bilden. Wenn die Struktur eine vorgegebene Form und Größe erreicht, betätigt die Steuervorrichtung 26 das mindestens eine Stellglied 34, um einen mechanischen Arm zu bewegen, um ein Objekt 22 zu ergreifen, das vorgefertigt wurde, um in das Innere der Struktur 20 zu passen. Der in diesem Dokument beschriebene mechanische Arm ist eine Komponente, die zum Bewegen und zum Greifen und Manipulieren eines Artikels als Reaktion auf die Ansteuerung des Arms durch ein Stellglied konfiguriert ist. Die Steuervorrichtung 26 betätigt das mindestens eine Stellglied 34 auch, um das Objekt in Eingriff mit dem Inneren der Struktur 20 zu bringen. Während dieser Bewegung des Objekts 22 kann die Steuervorrichtung 26 das mindestens eine Stellglied 34 betätigen, um dem Objekt 22 die Ausrichtung der Oberfläche des Objekts 22 an der komplementären Struktur des Inneren der Struktur 20 zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen besteht das Objekt 22 aus einem Material, das haltbarer ist oder eine höhere Festigkeit besitzt als das gehärtete Photopolymer. Das Objekt 22 könnte mit anderen Merkmalen gebildet werden, um die endgültige Form der Struktur 20 zu erweitern. Die Vorerwärmung des Objekts 22 vor dem Einfügen des Objekts in die Struktur 20 verbessert die Bindung zwischen dem Objekt 22 und der Struktur 20. Die Wärme erweicht die Struktur 20, um einen besseren Kontakt zwischen dem Objekt 22 und der Struktur 20 zu ermöglichen. Zusätzlich kann die höhere Temperatur auch die dünne Schicht des Photopolymers zwischen dem Objekt und der Struktur teilweise härten, um die Bindungen zwischen ihnen zu verstärken. Sobald sich das Objekt 22 an der vorgesehenen Stelle befindet, betätigt die Steuervorrichtung 26 das mindestens eine Stellglied 34, um die Struktur 20 und das Objekt 22 abzusenken, sodass eine dünne Schicht des flüssigen Photopolymers an der Grenzfläche der Struktur 20 und des Objekts 22 vorhanden ist. Die Steuervorrichtung 26 kann dann das mindestens eine Stellglied 34 betätigen, um die Quelle der UV-Strahlung über dem Tank 38 zu bewegen, während die Quelle 18 betätigt wird, um das flüssige Photopolymer an dieser Grenzfläche der UV-Strahlung zu exponieren. Das gehärtete Photopolymer bindet das Objekt 22 an die Struktur 20 an. Sobald das Objekt 22 an die Struktur 20 angebunden ist, fährt die Steuervorrichtung damit fort, das mindestens eine Stellglied 34 und die Quelle der UV-Strahlung 18 zu betätigen, um zusätzliche Schichten von gehärtetem Photopolymermaterial an das Objekt 22 anzubinden, um die Struktur 20 fertigzustellen. As in 1BA shown was the structure 20 formed with a U-shaped cross-section. This shape is controlled by the control device 26 which uses image data of the structure from a CAD / CAM file or the like to form the at least one actuator 34 to press to the platform 34 to move and selectively expose portions of the liquid photopolymer to the structure 20 to build. When the structure reaches a predetermined shape and size, the control device operates 26 the at least one actuator 34 to move a mechanical arm to an object 22 to be seized, which was prefabricated, in the interior of the structure 20 to fit. The mechanical arm described in this document is a component that is configured to move and grasp and manipulate an article in response to actuation of the arm by an actuator. The control device 26 actuates the at least one actuator 34 also, to get the object engaged with the interior of the structure 20 bring to. During this movement of the object 22 can the control device 26 the at least one actuator 34 press to the object 22 the orientation of the surface of the object 22 at the complementary structure of the interior of the structure 20 to facilitate. In some embodiments, the object exists 22 of a material that is more durable or has higher strength than the cured photopolymer. The object 22 could be formed with other characteristics to the final shape of the structure 20 to expand. The preheating of the object 22 before inserting the object into the structure 20 improves the bond between the object 22 and the structure 20 , The heat softens the structure 20 to get a better contact between the object 22 and the structure 20 to enable. In addition, the higher temperature may also partially cure the thin layer of photopolymer between the object and the structure to enhance the bonds between them. Once the object 22 located at the designated location, actuates the control device 26 the at least one actuator 34 to the structure 20 and the object 22 so as to lower a thin layer of the liquid photopolymer at the interface of the structure 20 and the object 22 is available. The control device 26 then can the at least one actuator 34 Press to see the source of UV radiation above the tank 38 to move while the source 18 is actuated to expose the liquid photopolymer at this interface of UV radiation. The cured photopolymer binds the object 22 to the structure 20 at. Once the object 22 to the structure 20 is connected, the control device continues, the at least one actuator 34 and the source of UV radiation 18 to apply additional layers of cured photopolymer material to the object 22 tether to the structure 20 finish.

Ein Problem, das während der Fertigstellung der Struktur 20 auftritt, ist die Bildung eines Meniskus durch das flüssige Photopolymer an der Grenzfläche zwischen der Struktur 20 und dem Objekt 22. Eine derartiger Meniskus 30 ist in 2 dargestellt. Die Krümmung des Meniskus 30 in der Nähe der Oberfläche des Objekts ist in Abhängigkeit vom Kontaktwinkel, von der Orientierung der Oberfläche des Objekts 22, vom Abstand zwischen der UV-Quelle 18 und dem Objekt 22 und der lokalen Geometrie der Objektoberfläche höher oder niedriger. Die Probleme hinsichtlich der Härtung des flüssigen Photopolymers bei dem Meniskus können gelöst werden, indem eine Form des Meniskus identifiziert wird, wenn die Geometrie und die Kontaktwinkel bekannt sind. Diese Informationen können von der Steuervorrichtung 26 verwendet werden, um die Bilddaten zu justieren, die zum Bewegen und Betätigen der UV-Quelle 18 verwendet werden. A problem during the completion of the structure 20 occurs, the formation of a meniscus by the liquid photopolymer at the interface between the structure 20 and the object 22 , Such a meniscus 30 is in 2 shown. The curvature of the meniscus 30 near the surface of the object is dependent on the contact angle, on the orientation of the surface of the object 22 , from the distance between the UV source 18 and the object 22 and the local geometry of the object surface is higher or lower. The problems with curing the liquid photopolymer in the meniscus can be solved by identifying a shape of the meniscus when the geometry and contact angles are known. This information can be obtained from the control device 26 used to adjust the image data used to move and actuate the UV source 18 be used.

Ein anderer Ansatz zur Lösung des Meniskusproblems ist die Einbeziehung eines optischen Sensors 40, der Bilddaten des Meniskus an der Grenzfläche der Struktur 20 und des Objekts 22 erzeugt. Ein solches System 300 ist in 3 dargestellt. Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Komponenten ist das System 300 mit vielen der Komponenten dargestellt, die oben für das System 10 beschrieben wurden. Zusätzlich zu diesen Komponenten enthält das System 300 einen zweiten mechanischen Arm 50 und einen optischen Sensor 40. Die durch den optischen Sensor 40 erzeugten Bilddaten werden durch die Steuervorrichtung 26 verarbeitet, um den Meniskus 30 zu messen. Diese Informationen können von der Steuervorrichtung 26 verwendet werden, um die Bilddaten zu justieren, die zum Bewegen und Betätigen der UV-Quelle 18 verwendet werden. Die Steuervorrichtung 26 betätigt das mindestens eine Stellglied 34, um den zweiten mechanischen Arm 50 zu bewegen, um die Position des Objekts 22 im Inneren der Struktur 20 zu drehen oder anderweitig zu justieren, wenn der mechanische Arm 52 nicht in der Lage ist, das zu bewerkstelligen. Another approach to solving the meniscal problem is to include an optical sensor 40 , the image data of the meniscus at the interface of the structure 20 and the object 22 generated. Such a system 300 is in 3 shown. Using the same reference numerals for like components, the system is 300 with many of the components shown above for the system 10 have been described. In addition to these components, the system includes 300 a second mechanical arm 50 and an optical sensor 40 , The through the optical sensor 40 image data generated by the control device 26 processed to the meniscus 30 to eat. This information can be obtained from the control device 26 used to adjust the image data used to move and actuate the UV source 18 be used. The control device 26 actuates the at least one actuator 34 to the second mechanical arm 50 to move to the position of the object 22 inside the structure 20 to turn or otherwise adjust when the mechanical arm 52 is unable to accomplish this.

Eine weitere Möglichkeit zur Lösung der Probleme, die sich aus dem Meniskus 30 ergeben, ist die Behandlung des Objekts 22 oder die Gestaltung seiner Oberflächenkonfiguration in einer Weise, welche die Bildung eines Kontaktwinkels von ungefähr 90 Grad an der Grenzfläche 22 und der Flüssigkeit 12 ermöglicht. Eine Möglichkeit zur Optimierung der Gestaltung der Oberfläche des Objekts 22 ist die Ausbildung der Oberfläche des Objekts 22 mit kleinen Krümmungen. Kleine Krümmungen tragen zur Abschwächung des Meniskus an der Grenzfläche des Objekts 22 und der Flüssigkeit 12 bei. Zu anderen Oberflächenbehandlungen, die zur Abschwächung des Meniskus 30 beitragen, zählen das Aufrauen der Oberfläche und das Behandeln der Objektoberfläche mit Chemikalien oder einer Plasma-/Koronaentladung, welche die Oberflächenenergie des Objekts 22 verändert. Zu den chemischen Behandlungen zählt das Auftragen einer Grundierungsbeschichtung mithilfe einer Sprühvorrichtung oder eines Walzenapplikators. Another way to solve the problems arising from the meniscus 30 result is the treatment of the object 22 or the design of its surface configuration in a manner that results in the formation of a contact angle of approximately 90 degrees at the interface 22 and the liquid 12 allows. A way to optimize the design of the surface of the object 22 is the formation of the surface of the object 22 with small bends. Small bends contribute to the weakening of the meniscus at the interface of the object 22 and the liquid 12 at. Other surface treatments that help to weaken the meniscus 30 contribute, include roughening the surface and treating the surface of the object with chemicals or a plasma / corona discharge, which is the surface energy of the object 22 changed. Chemical treatments include applying a primer coat using a sprayer or roller applicator.

Ein anderes Problem, das während der Fertigstellung der Struktur 20 auftaucht, ist ein Schatten, der durch den Abschnitt des Objekts 22 gebildet wird, der sich über der Grenzfläche des flüssigen Photopolymers und des Objekts 22 erstreckt. Dieser Schatten kann sich negativ auf die Härtung des Photopolymers im Inneren des Schattens auswirken. Um dieses Problem zu lösen, kann die Steuervorrichtung das Stellglied 34 betätigen, um die UV-Quelle 18 in verschiedene Positionen zu bewegen, um die Schatten zu eliminieren, da nach einer ordnungsgemäßen Neupositionierung der UV-Quelle eine Sichtlinie für eine vorherige Schattenregion eingerichtet werden kann. Alternativ können mehrere UV-Quellen 18 um die Struktur 20 und das Objekt 22 herum positioniert werden, um das Photopolymer aus verschiedenen Winkeln zu beleuchten und zu härten, um die Bildung des Schattens durch den Abschnitt des Objekts 22 zu verhindern, der sich über der Photopolymeroberfläche erstreckt. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung 26 das Stellglied 34 betätigen, um die Plattform 14 zu drehen, damit der Schatten in andere bereits gehärtete Bereiche verlagert wird, sodass das ungehärtete Photopolymer, das sich vorher im Inneren des Schattens befunden hat, durch das Betätigen der UV-Quelle 18 gehärtet werden kann. Another problem during the completion of the structure 20 Emerges is a shadow that passes through the section of the object 22 is formed, which extends over the interface of the liquid photopolymer and the object 22 extends. This shadow can negatively affect the curing of the photopolymer inside the shadow. To solve this problem, the control device may be the actuator 34 Press to the UV source 18 to move to different positions to eliminate the shadows because after a proper repositioning of the UV source, a line of sight can be established for a previous shadow region. Alternatively, multiple UV sources 18 around the structure 20 and the object 22 be positioned around to illuminate and cure the photopolymer from different angles to the formation of the shadow through the portion of the object 22 which extends over the photopolymer surface. Alternatively or additionally, the control device 26 the actuator 34 press to the platform 14 to rotate the shadow to other already hardened areas so that the unhardened photopolymer, which was previously inside the shadow, is activated by operating the UV source 18 can be cured.

Einige Objekte 22 können mit einer Öffnung 70 gebildet werden, wie das in 4 dargestellt ist. Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Komponenten in Bezug auf 1A ist in 4 ein System 400 dargestellt. In diesem System ist die Steuervorrichtung 26 operativ mit einer UV-Quelle 18, einer Einspritzvorrichtung 60 und einem Element 62 verbunden, das in einem Spiegel 64 endet. Die Steuervorrichtung betätigt das mindestens eine Stellglied 34, um die Einspritzvorrichtung 60 zu bewegen, um flüssiges Photopolymer in die Öffnung 70 abzugeben. Die Steuervorrichtung 26 kann dann das mindestens eine Stellglied 34 betätigen, um das Element 62 zu bewegen, um den Spiegel 64 in den Hohlraum einzuführen, der mit der Öffnung 70 kommuniziert. Die Steuervorrichtung 26 kann das mindestens eine Stellglied 34 betätigen, um die UV-Quelle 18 in eine Position zu bewegen, die es der durch die Quelle 18 emittierten UV-Strahlung ermöglicht, in Richtung des Spiegels 64 vorzudringen und auf diesen aufzutreffen. Der Spiegel 64 reflektiert die UV-Strahlung, um zu ermöglichen, dass das flüssige Photopolymer in dem Hohlraum der UV-Strahlung exponiert und gehärtet wird. Alternativ können anstelle des Spiegels 64 faseroptische Elemente verwendet werden, um das UV-Licht an die gewünschte Stelle im Inneren des Objekts 22 zu leiten. Damit kann das Objekt 22, das in die Struktur 20 eingebettet werden kann, für eine Reihe unterschiedlicher Zwecke und Anwendungen konfiguriert werden. Some objects 22 can with an opening 70 be formed, like that in 4 is shown. Using like reference numerals for like components with respect to 1A is in 4 a system 400 shown. In this system is the control device 26 Operatively with a UV source 18 , an injection device 60 and an element 62 connected in a mirror 64 ends. The control device actuates the at least one actuator 34 to the injector 60 to move liquid photopolymer into the opening 70 leave. The control device 26 then can the at least one actuator 34 press to the element 62 to move to the mirror 64 to introduce into the cavity, with the opening 70 communicated. The control device 26 this can be at least one actuator 34 Press to the UV source 18 to move it to a position that it is through the source 18 emitted UV radiation allows, in the direction of the mirror 64 to penetrate and to encounter this. The mirror 64 reflects the UV radiation to allow the liquid photopolymer to be exposed and cured in the cavity of the UV radiation. Alternatively, instead of the mirror 64 Fiber optic elements are used to direct the UV light to the desired location inside the object 22 to lead. This allows the object 22 that in the structure 20 can be configured for a number of different purposes and applications.

Ein Verfahren 200 zum Einbetten eines Objekts in eine dreidimensionale Struktur ist in 5 dargestellt. In der Beschreibung dieses Verfahrens beziehen sich Aussagen, dass ein Prozess eine Aufgabe oder Funktion durchführt, darauf, dass eine Steuervorrichtung oder ein Allzweck-Prozessor programmierte Anweisungen ausführt, die in einem operativ mit der Steuervorrichtung oder dem Prozessor verbundenen Speicher gespeichert sind, um Daten zu manipulieren oder um eine oder mehrere Komponenten in dem Drucker so zu betätigen, dass sie die Aufgabe oder Funktion durchführen. Die oben erwähnte Steuervorrichtung 26 kann eine solche Steuervorrichtung oder ein solcher Prozessor sein. Alternativ kann die Steuervorrichtung 26 mit mehr als einem Prozessor und zugehörigen Schaltungen und Komponenten implementiert sein, von denen jede dazu konfiguriert ist, eine oder mehrere der hier beschriebenen Aufgaben oder Funktionen durchzuführen. A procedure 200 for embedding an object in a three-dimensional structure is in 5 shown. In the description of this method, statements that a process performs a task or function refer to a controller or a general-purpose processor executing programmed instructions stored in memory operatively coupled to the controller or processor for receiving data or to manipulate one or more components in the printer to perform the task or function. The above-mentioned control device 26 may be such a controller or such a processor. Alternatively, the control device 26 be implemented with more than one processor and associated circuits and components, each of which is configured to perform one or more of the tasks or functions described herein.

Der Prozess 200 beginnt mit dem Absenken einer Plattform im Inneren eines Tanks mit flüssigem Photopolymer auf ein vorgegebenes Niveau für die Bildung einer gehärteten Photopolymerschicht (Block 204). Der Prozess ermittelt, ob ein Abschnitt des flüssigen Photopolymers ungehärtet belassen werden soll (Block 208), und wenn das nicht der Fall ist, wird die Schicht gehärtet (Block 212). Wenn die gehärtete Schicht die letzte Schicht für die Struktur ist (Block 216), ist damit der Prozess abgeschlossen (Block 268). Andernfalls wird der Prozess fortgesetzt, indem die Plattform abgesenkt wird, um flüssiges Photopolymer über der gehärteten Schicht zu positionieren, damit eine nächste Schicht gebildet werden kann. The process 200 begins by lowering a platform inside a tank of liquid photopolymer to a predetermined level for the formation of a cured photopolymer layer (Block 204 ). The process determines whether a portion of the liquid photopolymer should be left uncured (Block 208 ), and if not, the layer is cured (block 212 ). If the hardened layer is the last layer for the structure (block 216 ), the process is completed (block 268 ). Otherwise, the process continues by lowering the platform to position liquid photopolymer over the cured layer to form a next layer.

Wenn ein Abschnitt einer Schicht ungehärtet belassen werden soll (Block 208), dann wird die gebildete Schicht selektiv der UV-Strahlung exponiert, um gehärtete und ungehärtete Bereiche zu bilden, die der Querschnittsform eines Objekts entsprechen, das eingebettet werden soll (Block 220). Der Prozess ermittelt, ob die Struktur ausreichend fertiggestellt wurde, um das Objekt einzufügen (Block 224), und wenn das nicht der Fall ist, wird die Bildung der Struktur zur Aufnahme des Objekts fortgesetzt (Blöcke 204 bis 224). Sobald die Struktur bereit zur Aufnahme des Objekts ist, wird das Objekt in die Struktur eingefügt, und die Plattform wird abgesenkt, um zu ermöglichen, dass eine Schicht flüssigen Photopolymers die Grenzfläche zwischen dem Objekt und der Struktur bedeckt (Block 228). Der Prozess ermittelt, ob das Objekt gedreht werden muss, um es ordnungsgemäß einzupassen (Block 232), und ein oder mehrere mechanische Arme werden betätigt, um das Objekt zu drehen oder anderweitig im Inneren der Struktur zu positionieren (Block 236). Der Prozess härtet dann das Photopolymer an der Grenzfläche des Objekts und der Struktur (Block 244), um das Objekt an die Struktur anzubinden. Wenn das Objekt eine Öffnung aufweist (Block 248), wird die Einspritzvorrichtung betätigt, um flüssiges Photopolymer in die Öffnung abzugeben (Block 252), das Element wird bewegt, um den Spiegel im Inneren des Hohlraums zu positionieren, der mit der Öffnung kommuniziert (Block 256), und die UV-Quelle wird betätigt, um UV-Strahlung vom Spiegel zu reflektieren, damit das flüssige Photopolymer exponiert und gehärtet wird (Block 260). Wenn das Objekt keine Öffnung aufweist, ermittelt der Prozess, ob die Strukturbildung um das Objekt herum abgeschlossen ist (Block 264), und wenn das der Fall ist, ermittelt der Prozess, ob zusätzliche Struktur gebildet werden muss (Blöcke 204 bis 216). Wenn keine weitere Struktur gebildet werden muss, ist die Struktur abgeschlossen (Block 268). Andernfalls wird der Prozess mit der Bildung der Struktur um das Objekt herum fortgesetzt (Blöcke 204 bis 216). If a section of a layer should be left unhardened (block 208 ), then the formed layer is selectively exposed to UV radiation to form hardened and uncured areas corresponding to the cross-sectional shape of an object to be embedded (Block 220 ). The process determines if the structure has been completed sufficiently to insert the object (block 224 ), and if not, the formation of the structure for receiving the object is continued (blocks 204 to 224 ). Once the structure is ready to receive the object, the object is inserted into the structure and the platform is lowered to allow a layer of liquid photopolymer to cover the interface between the object and the structure (Block 228 ). The process determines if the object needs to be rotated to fit it properly (Block 232 ) and one or more mechanical arms are actuated to rotate or otherwise position the object within the structure (block 236 ). The process then cures the photopolymer at the interface of the object and the structure (block 244 ) to tie the object to the structure. If the object has an opening (block 248 ), the injector is actuated to deliver liquid photopolymer into the orifice (block 252 ), the element is moved to position the mirror inside the cavity that communicates with the opening (block 256 ) and the UV source is actuated to reflect UV radiation from the mirror to expose and cure the liquid photopolymer (Block 260 ). If the object has no opening, the process determines if the patterning around the object is complete (block 264 ), and if so, the process determines if additional structure needs to be formed (blocks 204 to 216 ). If no further structure has to be formed, the structure is completed (block 268 ). Otherwise, the process continues with the formation of the structure around the object (blocks 204 to 216 ).

Das System aus 3 kann auch verwendet werden, um Teile mit eingebetteten vorgefertigten Objekten in einer Weise zu bilden, wie sie in 6A bis 6D dargestellt ist. Wie in 6A gezeigt, kann das vorgefertigte Objekt 22 auf der Plattform 14 positioniert werden, und die Steuervorrichtung 26 betätigt das Stellglied 34, um das Objekt in das Photopolymer im Inneren des Tanks 38 abzusenken. Die Steuervorrichtung 26 kann die UV-Quelle 18 iterativ betätigen, um das Photopolymer angrenzend an das Objekt 22 zu härten, und das Stellglied 34 betätigen, um die Plattform 14 abzusenken, bis eine Struktur 20 auf dem oberen Ende des Objekts 22 gebildet wurde. Dieser Prozess führt dazu, dass das Objekt 22 eine Kappe hat, wie das in 6B dargestellt ist. Die Steuervorrichtung 26 betätigt dann das Stellglied 34, um das Objekt 22 und die Struktur 20 aus dem Tank 38 zu heben, sodass ein oder beide mechanische Arme 50 und 52 durch die Steuervorrichtung betätigt werden können, um das Objekt 22 und die Struktur 20 neu zu orientieren und auf der Plattform 14 zu platzieren, wie das in 6C dargestellt ist. Im dargestellten Beispiel ist die Neuorientierung des Objekts ein Umdrehen des Objekts, aber es könnten auch andere Neuorientierungen durchgeführt werden. Die Steuervorrichtung 26 betätigt die UV-Quelle 18 und das Stellglied 34, um die zuvor gebildete Struktur 20 zu erweitern. Die Betätigung des Stellglieds zum Absenken der Plattform und zum Bewegen der Quelle der UV-Strahlung kann iterativ durchgeführt werden, bis das Objekt 22 in der Struktur 20 eingekapselt ist, wie das in 6D dargestellt ist. Natürlich kann die Steuervorrichtung 26 die UV-Quelle 18 und das Stellglied 34 auch betätigen, um eine Struktur um das Objekt 22 herum in einer selektiven Art und Weise zu bilden. Sobald der letzte Teil der Struktur 20 um das Objekt 22 herum gebildet wurde, können die mechanischen Arme 50 und 52 betätigt werden, um das Objekt 22 und die Struktur 20 von der Plattform 14 zu heben. The system off 3 can also be used to form parts with embedded prefabricated objects in a manner as they are in 6A to 6D is shown. As in 6A shown, the prefabricated object 22 on the platform 14 be positioned, and the control device 26 actuates the actuator 34 to put the object in the photopolymer inside the tank 38 lower. The control device 26 can the UV source 18 iteratively press the photopolymer adjacent to the object 22 to harden, and the actuator 34 press to the platform 14 lower until a structure 20 on the top of the object 22 was formed. This process causes the object 22 has a cap like that in 6B is shown. The control device 26 then actuates the actuator 34 to the object 22 and the structure 20 from the tank 38 to lift so that one or both mechanical arms 50 and 52 can be operated by the control device to the object 22 and the structure 20 to reorient and on the platform 14 to place like that in 6C is shown. In the example shown, the reorientation of the object is a flipping of the object, but other reorientations could also be made. The control device 26 actuates the UV source 18 and the actuator 34 to the previously formed structure 20 to expand. The actuation of the actuator to lower the platform and move the source of UV radiation may be performed iteratively until the object 22 in the structure 20 is encapsulated, like that in 6D is shown. Of course, the control device 26 the UV source 18 and the actuator 34 also press to create a structure around the object 22 to form around in a selective manner. Once the last part of the structure 20 around the object 22 around, the mechanical arms can 50 and 52 be pressed to the object 22 and the structure 20 from the platform 14 to lift.

Claims (10)

Additives Fertigungsverfahren zur Bildung einer dreidimensionalen Struktur aus einem flüssigen Photopolymer mithilfe der Stereolithographie, umfassend: das Betätigen von mindestens einem Stellglied mit einer Steuervorrichtung, um eine Plattform im Inneren eines Tanks zu bewegen, der flüssiges Photopolymer enthält; das Betätigen des mindestens einen Stellglieds, das operativ mit einer Quelle ultravioletter (UV-)Strahlung verbunden ist, mit der Steuervorrichtung, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um UV-Strahlung zu emittieren und einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten, um eine Schicht der dreidimensionalen Struktur zu bilden, wobei die Steuervorrichtung das mindestens eine Stellglied in Bezug auf Bilddaten der Schicht betätigt; das Betätigen des mindestens einen Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um die Plattform in den Tank abzusenken, um die gebildete Schicht innerhalb des flüssigen Photopolymers um eine vorgegebene Tiefe abzutauchen; das Betätigen des mindestens einen Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um UV-Strahlung zu emittieren und einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten, um eine nächste Schicht des dreidimensionalen Objekts zu bilden und einen ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht zu belassen, der einem Abschnitt eines Querschnitts eines Objekts entspricht, wobei die Steuervorrichtung das mindestens eine Stellglied in Bezug auf Bilddaten der nächsten Schicht betätigt; das Betätigen des mindestens einen Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um das Objekt in dem ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht zu platzieren, wobei das Objekt einen exponierten Bereich aufweist, der aus dem flüssigen Photopolymer herausragt; das Betätigen des ersten Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um die Plattform weiter in den Tank des flüssigen Photopolymers abzusenken, um zu ermöglichen, dass das flüssige Photopolymer das Objekt an einer äußeren Oberfläche des Objekts umgibt; das Identifizieren eines Meniskus, der sich an einer Grenzfläche zwischen dem flüssigen Photopolymer, welches die äußere Oberfläche des Objekts umgibt, und der äußeren Oberfläche des Objekts bildet, mit der Steuervorrichtung; und das Betätigen des mindestens einen Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung in Bezug auf den identifizierten Meniskus betätigt, um einen Abschnitt des umgebenden flüssigen Photopolymers zu härten und den gehärteten Abschnitt des umgebenden flüssigen Photopolymers an die äußere Oberfläche des Objekts und der dreidimensionalen Struktur anzubinden. An additive manufacturing method for forming a three-dimensional structure from a liquid photopolymer using stereolithography, comprising: actuating at least one actuator with a controller to move a platform inside a tank containing liquid photopolymer; actuating the at least one actuator operatively associated with a source of ultraviolet (UV) Radiation is connected to the control device to move the source of UV radiation, while the control device actuates the source of UV radiation to emit UV radiation and to cure a portion of the liquid photopolymer to form a layer of the three-dimensional structure wherein the control device actuates the at least one actuator with respect to image data of the layer; actuating the at least one actuator with the controller to lower the platform into the tank to submerge the formed layer within the liquid photopolymer by a predetermined depth; operating the at least one actuator with the controller to move the source of UV radiation while the controller actuates the source of UV radiation to emit UV radiation and cure a portion of the liquid photopolymer to form a next layer of the three-dimensional object and leaving an uncured portion of the next layer corresponding to a portion of a cross-section of an object, the controller actuating the at least one actuator with respect to image data of the next layer; actuating the at least one actuator with the controller to place the object in the uncured portion of the next layer, the object having an exposed area protruding from the liquid photopolymer; actuating the first actuator with the controller to further lower the platform into the tank of liquid photopolymer to allow the liquid photopolymer to surround the object on an exterior surface of the object; identifying with the controller a meniscus that forms at an interface between the liquid photopolymer surrounding the exterior surface of the object and the exterior surface of the object; and operating the at least one actuator with the controller to move the source of UV radiation while the controller operates the source of UV radiation with respect to the identified meniscus to cure a portion of the surrounding liquid photopolymer and the cured one Portion of the surrounding liquid photopolymer to the outer surface of the object and the three-dimensional structure. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Identifizieren des Meniskus des Weiteren umfasst: das Analysieren von Bilddaten mit der Steuervorrichtung, die zum Betätigen der Quelle der UV-Strahlung und zum Härten von Abschnitten der Schichten des flüssigen Photopolymers verwendet werden.  The method of claim 1, wherein identifying the meniscus further comprises: analyzing image data with the controller used to actuate the source of UV radiation and to cure portions of the layers of liquid photopolymer. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Identifizieren des Meniskusprofils des Weiteren umfasst: das Erzeugen von Bilddaten des Meniskus und des umgebenden flüssigen Photopolymers mit einem optischen Sensor; und das Analysieren der erzeugten Bilddaten des Meniskus mit der Steuervorrichtung.  The method of claim 1, wherein identifying the meniscal profile further comprises: generating image data of the meniscus and the surrounding liquid photopolymer with an optical sensor; and analyzing the generated image data of the meniscus with the control device. Verfahren gemäß Anspruch 1, des Weiteren umfassend: das Betätigen des mindestens einen Stellglieds mit der Steuervorrichtung, um das Objekt zu drehen, bevor der Meniskus identifiziert wird.  The method of claim 1, further comprising: actuating the at least one actuator with the controller to rotate the object before the meniscus is identified. System zum Bilden einer dreidimensionalen Struktur aus einem flüssigen Photopolymer mithilfe der Stereolithographie, umfassend: einen Tank, der ein Volumen von flüssigem Photopolymer enthält; eine Plattform, die zur Bewegung im Inneren des Tanks konfiguriert ist; eine Quelle ultravioletter (UV-)Strahlung, die konfiguriert ist, um Strahlung auszusenden, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten, welcher der UV-Strahlung ausgesetzt ist; ein Objekt, das konfiguriert ist, um in einem ungehärteten Abschnitt einer nächsten Schicht des flüssigen Photopolymers platziert zu werden, wobei das Objekt einen exponierten Bereich aufweist, der aus dem flüssigen Photopolymer herausragt; einen mechanischen Arm; mindestens ein Stellglied, das mit einer Plattform innerhalb des Tanks, welcher das flüssige Photopolymer enthält, der Quelle der UV-Strahlung und dem mechanischen Arm operativ verbunden ist, wobei das mindestens eine Stellglied konfiguriert ist, um die Plattform innerhalb des Tanks zu bewegen, welcher das flüssige Photopolymer enthält, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen und um den mechanischen Arm zu bewegen, um das Objekt in dem ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht des flüssigen Photopolymers zu platzieren; und eine Steuervorrichtung, die mit dem mindestens einen Stellglied und der Quelle der UV-Strahlung operativ verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist zum: Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Plattform im Inneren des Tanks mit flüssigem Photopolymer zu bewegen; Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten und eine Schicht der dreidimensionalen Struktur zu bilden; Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Plattform in den Tank abzusenken, um die gebildete Schicht in dem flüssigen Photopolymer um eine vorgegebene Tiefe abzutauchen; Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Quelle der UV-Strahlung mit der Steuervorrichtung betätigt wird, um einen Abschnitt einer nächsten Schicht des flüssigen Photopolymers zu härten und einen ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht zu belassen, der einem Abschnitt eines Querschnitts eines Objekts entspricht; Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um einen mechanischen Arm zu bewegen, um das Objekt in dem ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht zu platzieren; Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Plattform in den Tank abzusenken, um zu ermöglichen, dass das flüssige Photopolymer eine äußere Oberfläche des Objekts umgibt; Identifizieren eines Meniskus, der sich an einer Grenzfläche zwischen der äußeren Oberfläche des Objekts und dem flüssigen Photopolymer bildet, welches die äußere Oberfläche des Objekts umgibt; und Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten, der die äußere Oberfläche des Objekts umgibt, um den gehärteten Abschnitt des flüssigen Photopolymers an die äußere Oberfläche des Objekts anzubinden. A system for forming a three-dimensional structure from a liquid photopolymer by stereolithography, comprising: a tank containing a volume of liquid photopolymer; a platform configured to move inside the tank; a source of ultraviolet (UV) radiation configured to emit radiation to cure a portion of the liquid photopolymer exposed to UV radiation; an object configured to be placed in an uncured portion of a next layer of the liquid photopolymer, the object having an exposed area protruding from the liquid photopolymer; a mechanical arm; at least one actuator operatively connected to a platform within the tank containing the liquid photopolymer, the source of UV radiation, and the mechanical arm, the at least one actuator being configured to move the platform within the tank containing the liquid photopolymer to move the source of UV radiation and to move the mechanical arm to place the object in the uncured portion of the next layer of liquid photopolymer; and a controller operatively connected to the at least one actuator and the source of UV radiation, the controller being configured to: Actuating the at least one actuator to move the platform inside the tank of liquid photopolymer; Actuating the at least one actuator to move the source of UV radiation while the controller actuates the source of UV radiation to cure a portion of the liquid photopolymer and form a layer of the three-dimensional structure; Actuating the at least one actuator to lower the platform into the tank to submerge the formed layer in the liquid photopolymer by a predetermined depth; Actuating the at least one actuator to move the source of UV radiation while actuating the source of UV radiation with the controller to cure a portion of a next layer of the liquid photopolymer and leave an uncured portion of the next layer, which corresponds to a section of a cross-section of an object; Actuating the at least one actuator to move a mechanical arm to place the object in the uncured portion of the next layer; Actuating the at least one actuator to lower the platform into the tank to allow the liquid photopolymer to surround an exterior surface of the object; Identifying a meniscus that forms at an interface between the outer surface of the object and the liquid photopolymer surrounding the outer surface of the object; and actuating the at least one actuator to move the source of UV radiation while the controller actuates the source of UV radiation to cure a portion of the liquid photopolymer surrounding the exterior surface of the object to form the hardened portion of the UV liquid photopolymer to bind to the outer surface of the object. System nach Anspruch 5, wobei die Steuervorrichtung des Weiteren zum Identifizieren des Meniskus konfiguriert ist durch: Analysieren von Bilddaten, die zum Betätigen der Quelle der UV-Strahlung und zum Härten von Abschnitten des flüssigen Photopolymers verwendet werden, um Schichten zu bilden.  The system of claim 5, wherein the controller is further configured to identify the meniscus by: Analyzing image data used to actuate the source of UV radiation and to cure portions of the liquid photopolymer to form layers. System nach Anspruch 5, des Weiteren umfassend: einen optischen Sensor, der konfiguriert ist, um Bilddaten des Meniskus und des umgebenden flüssigen Photopolymers zu erzeugen; und wobei die Steuervorrichtung des Weiteren konfiguriert ist, um den Meniskus zu identifizieren, indem die von dem optischen Sensor erzeugten und empfangenen Bilddaten des Meniskus analysiert werden.  The system of claim 5, further comprising: an optical sensor configured to generate image data of the meniscus and the surrounding liquid photopolymer; and wherein the controller is further configured to identify the meniscus by analyzing the image data of the meniscus generated and received by the optical sensor. System zum Bilden einer dreidimensionalen Struktur aus einem flüssigen Photopolymer mithilfe der Stereolithographie, umfassend: einen Tank, der ein Volumen von flüssigem Photopolymer enthält; eine Plattform, die zur Bewegung im Inneren des Tanks konfiguriert ist; eine Quelle ultravioletter (UV-)Strahlung, die konfiguriert ist, um Strahlung auszusenden, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten, welcher der UV-Strahlung ausgesetzt ist; einen mechanischen Arm; ein Objekt; mindestens ein Stellglied, das mit der Plattform innerhalb des Tanks, welcher das flüssige Photopolymer enthält, der Quelle der UV-Strahlung und dem mechanischen Arm operativ verbunden ist, wobei das mindestens eine Stellglied konfiguriert ist, um die Plattform innerhalb des Tanks zu bewegen, welcher das flüssige Photopolymer enthält, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen und um den mechanischen Arm zu bewegen, um das Objekt auf der Plattform zu platzieren; und eine Steuervorrichtung, die mit dem mindestens einen Stellglied und der Quelle der UV-Strahlung operativ verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist zum: Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um das Objekt auf der Plattform zu platzieren und Plattform im Inneren des Tanks mit flüssigem Photopolymer zu bewegen; Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers zu härten und eine Schicht der dreidimensionalen Struktur um einen Abschnitt des Objekts herum zu bilden; Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Plattform in den Tank abzusenken, um die gebildete Schicht in dem flüssigen Photopolymer um eine vorgegebene Tiefe abzutauchen; Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Quelle der UV-Strahlung mit der Steuervorrichtung betätigt wird, um einen Abschnitt einer nächsten Schicht des flüssigen Photopolymers zu härten und einen ungehärteten Abschnitt der nächsten Schicht zu belassen, der einem Abschnitt eines Querschnitts eines Objekts entspricht; Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um den mechanischen Arm zu bewegen, um das Objekt von der Plattform zu entfernen, das Objekt neu zu orientieren und das Objekt wieder auf der Plattform zu platzieren; Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Plattform in den Tank abzusenken, um zu ermöglichen, dass das flüssige Photopolymer in die dreidimensionale Struktur eingreift, die zuvor um das Objekt herum gebildet wurde; und Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers angrenzend an die zuvor gebildete dreidimensionale Struktur zu härten, um die zuvor gebildete dreidimensionale Struktur um einen Abschnitt der externen Oberfläche des Objekts herum zu erweitern; A system for forming a three-dimensional structure from a liquid photopolymer by stereolithography, comprising: a tank containing a volume of liquid photopolymer; a platform configured to move inside the tank; a source of ultraviolet (UV) radiation configured to emit radiation to cure a portion of the liquid photopolymer exposed to UV radiation; a mechanical arm; an object; at least one actuator operatively connected to the platform within the tank containing the liquid photopolymer, the source of UV radiation, and the mechanical arm, the at least one actuator configured to move the platform within the tank containing the liquid photopolymer to move the source of UV radiation and to move the mechanical arm to place the object on the platform; and a controller operatively connected to the at least one actuator and the source of UV radiation, the controller being configured to: Actuating the at least one actuator to place the object on the platform and to move the platform inside the tank of liquid photopolymer; Actuating the at least one actuator to move the source of UV radiation while the controller actuates the source of UV radiation to cure a portion of the liquid photopolymer and form a layer of the three-dimensional structure about a portion of the object; Actuating the at least one actuator to lower the platform into the tank to submerge the formed layer in the liquid photopolymer by a predetermined depth; Actuating the at least one actuator to move the source of UV radiation while actuating the source of UV radiation with the controller to cure a portion of a next layer of the liquid photopolymer and leave an uncured portion of the next layer, which corresponds to a section of a cross-section of an object; Actuating the at least one actuator to move the mechanical arm to remove the object from the platform, reorient the object, and place the object back on the platform; Actuating the at least one actuator to lower the platform into the tank to allow the liquid photopolymer to engage the three-dimensional structure previously formed around the object; and actuating the at least one actuator to move the source of UV radiation while the controller actuates the source of UV radiation to cure a portion of the liquid photopolymer adjacent to the previously formed three-dimensional structure about the previously formed three-dimensional structure to extend around a portion of the external surface of the object; System nach Anspruch 8, wobei die Steuervorrichtung des Weiteren konfiguriert ist zum: Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Plattform mit dem Objekt und der erweiterten dreidimensionalen Struktur in den Tank abzusenken; und Betätigen des mindestens einen Stellglieds, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung betätigt, um einen Abschnitt des flüssigen Photopolymers angrenzend an die erweiterte dreidimensionale Struktur zu härten, um die zuvor gebildete dreidimensionale Struktur weiter um einen Abschnitt der externen Oberfläche des Objekts herum zu erweitern;  The system of claim 8, wherein the controller is further configured to: Actuating the at least one actuator to lower the platform with the object and the expanded three-dimensional structure into the tank; and Actuating the at least one actuator to move the source of UV radiation while the controller actuates the source of UV radiation to cure a portion of the liquid photopolymer adjacent to the expanded three-dimensional structure further around the previously formed three-dimensional structure to extend a portion of the external surface of the object; System gemäß Anspruch 9, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um das mindestens eine Stellglied zu betätigen, um die Plattform abzusenken, und um das mindestens eine Stellglied zu betätigen, um die Quelle der UV-Strahlung zu bewegen, während die Steuervorrichtung die Quelle der UV-Strahlung iterativ betätigt, bis die erweiterte dreidimensionale Struktur das Objekt einkapselt.  The system of claim 9, wherein the controller is configured to actuate the at least one actuator to lower the platform and actuate the at least one actuator to move the source of UV radiation while the controller controls the source of the UV Radiation iteratively actuated until the extended three-dimensional structure encapsulates the object.
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